2020年3月6日 星期五

關於武漢病毒(SARS-CoV-2) Cryo-EM 那篇論文的閒聊

應該有人已經看過這篇論文了,是武漢病毒(SARS-CoV-2)的 cryo-EM,沒想到這麼快就做出來了。

簡單介紹一下這個病毒的 background:

1. enveloped, (+)RNA viruses:病毒的特點就是自帶基因和蛋白很少,都是用宿主細胞的,越小的病毒越是如此。(就像是平常住外面、兩三個禮拜回家一次的人,回去不用帶太多東西,因為可以用家裡的,可能只要帶牙刷、手機和錢包回去就好惹。XD)

2. 大部分病毒的主要自帶基因分為兩種:structural 和 non-structural (NS)。Structural 是組成病毒實體的蛋白,例如 envelope proteins 和 capsid proteins。Non-structural 則是負責病毒複製,例如 transcription factors (TFs) 或是 RNA polymerase (RdRp)。武漢病毒主要的自帶基因有 spike protein (S protein, 屬於 envelope protein), nucleoprotein (N protein), RNA polymerase。同一個家族的病毒通常自帶的基因都差不多,例如武漢病毒和 SARS 都自帶 spike protein 和 N protein。


Figure / Betacoronavirus virion (ViralZone 2020)

3. 武漢病毒和 SARS 的 spike protein 相似度為 86%,和蝙蝠冠狀病毒 RaTG13 的相似度則高達 98%,主要的差異是武漢病毒有一段 "RRAR" furin recognition site,而蝙蝠 RaTG13 和 SARS 的 protease cleavage site 則是只有一個 arginine (R),在流感病毒裡,其 hemagglutinin protein 帶有 furin binding site 的通常是毒性比較強的病毒株。除此之外,武漢病毒和 RaTG13 S protein 的 RBD 有十七個氨基酸不同。

4. 跟 SARS-CoV 屬於同樣的 species,進入宿主細胞的機制也差不多,是經由它表面的 spike protein 結合宿主細胞的 ACE2 (angiotensin-converting enzyme 2)。

5. Spike protein 是個 glycoprotein,也就是說它會被醣化(glycosylated)。通常 envelope viruses 的表面蛋白(envelope protein)是 glycoprotein。S protein 的結構主要分為幾個 domains:SS (signal sequence), NTD (N-terminal domain), RBD (receptor-binding domain), SD1/2 (subdomain 1, 2), TM (transmembrane domain) 和 CT (C-terminal tail) 等等其他一些小的 domains。三個 S proteins 會結合在一起形成一個 trimer,然後和 ACE2 接合以進入宿主細胞,負責和 ACE2 結合的為 RBD。

我朋友是做 protein binding 研究的,看到這篇的重點是 SARS 和 SARS-CoV-2 的 spike protein 結構非常像,但是抗體竟然沒有 cross reactivity,幾個已發表的 SARS-CoV RBD-specific 抗體都對 SARS-CoV-2 沒反應。而我純化蛋白做太多了,看到的重點都是怎麼純化這個蛋白。XD

1. 竟然可以從 293 cells 純化到 0.5mg/L 的蛋白。
2. 純化它的 ectodomain (1-1208)就夠研究和 ACE2 的 binding。
3. 純化它的 ectodomain 只要過兩個 columns:affinity + SEC,而且在 SEC 是只有一個 670kDa 的 single peak。


* RaTG13 spike protein: QHR63300.2
* SARS-CoV spike protein: NP_828851.1
* SARS-CoV-2 spike protein: QHD43416.1



原論文:

D Wrapp et al, Cryo-EM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformation. Science (2020)










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